散热器铜管漏水失效分析

刘元彬，张振锋，2

（1.大连理工大学司法鉴定中心，大连 116023；2. 大连理工大学，大连 116024）

某公司生产的牌号为T2的国标紫铜管，焊接成型后与铝制散热翼管套装胀接，使用一段时间后陆续出现漏水现象。本文通过宏观检查、成分分析、金相组织形貌分析等方法对某品牌铜铝散热器漏水现象进行原因分析。

1 检验与结果

1.1 基本构造

铜铝复合柱翼型散热器采用薄壁铜管作为通水部件，铝制翼片作为散热部件，基本构造如图1所示，轻薄美观、安全耐用。

图1 散热器基本构造示意图

1.2 宏观检验

散热器联箱铜管喷塑层脱落，铜管外表面见明显绿色附着物，如图2所示，主要为碱式碳酸铜等腐蚀产物，铜管内壁存在大量沉积性腐蚀产物，同时内壁表面附有少量绿色腐蚀产物，如图3所示。

图2 铜管腐蚀现象

图3 铜管内壁腐蚀现象

1.3 成分分析

采用线切割切取标准尺寸的铜管样品片，除锈预磨处理后进行材质化学成分分析，结果如表1所示，参照《加工铜及铜合金化学成分和产品形状》GB/T5231-2001中表1加工铜化学成分可知，送检散热器检材化学成分中P含量相较于标准值略高，其他元素含量均符合标准要求[1]。而磷在铜的熔炼中能有效地进行脱氧，提高铜液的流动性，虽然磷元素会强烈地降低铜的导电导热性，但微量磷的存在，可以在一定程度上改善铜及合金的焊接性能和耐蚀性能[2]。因此，联箱铜管材质成分并非出现漏水现象的主要诱因。

表1 送检散热器检材试样化学成分分析结果

1.4 金相组织分析

采用线切割在铜管上切取标准尺寸的样品，经镶嵌后使用预磨机将样品待测表面由240#打磨至2000#水砂纸，然后采用抛光机将样品待测表面经过粗抛和精抛处理，再用无水乙醇去水脱脂，随后用去离子水清洗并吹干。经浸蚀处理后采用体式显微镜观察发现，铜管样品表面各区域显现明显差异性腐蚀现象，如图4所示，90s浸蚀处理后的样品表面出现明显深浅相间带状区域。通过金相显微镜在放大倍数为100倍的条件下对铜管样品进行显微观察发现，散热器铜管基体存在明显组织不均匀现象，如图5所示，相同浸蚀时间条件下，晶粒较为粗大的区域晶界轮廓明显，组织形貌清晰，晶粒较为细小的区域则呈现相对较为暗沉的状态。选取铜管漏水位置进行切样制样，经45s浸蚀处理后通过金相显微镜观察发现，细小晶粒区域耐蚀能力较弱，组织中存在孔洞缺陷，如图6所示。铜管基体表面起初形成腐蚀坑造成自然氧化膜破损时，铜管与水接触的交界面形成薄液膜，使供氧更加充分，极易形成阴极去极化，加速了腐蚀扩展效应，致使铜管基体发生贯穿蚀孔，造成散热器检材联箱铜管失效漏水[3]。

图4 样品表面浸蚀后现象

图5 铜管样品金相组织形貌

图6 铜管漏水位置样品相组织形貌

2 原因分析

铜管存在微观组织严重不均匀的现象，各区域晶粒尺寸差异较大，各部分耐蚀能力也有所不同。在同一服役环境下工作时，晶体组织耐腐蚀能力较为薄弱的区域位置会率先形成腐蚀坑，并沿纵深方向逐渐发展为穿透性孔洞[4-5]。铜管内表面产生腐蚀坑点后，腐蚀产物或沉积在铜管内表面的其他物质就成为氧的屏障。这是因为在腐蚀产物或沉积物的缝隙中，溶液几乎是静止不动的，使得氧除了依靠缓慢的扩散过程就无法到达金属，富氧部分为阴极，而缺氧部分为阳极，氧浓度差异形成了氧浓差电池，加速了腐蚀效应的进行，致使铜管腐蚀穿孔，造成漏水现象[6-7]。

3 结论和建议

（1）铜管基体组织不均匀，使用时耐蚀能力薄弱区域易形成腐蚀穿孔，造成漏水现象。

（2）建议在铜管拉制生产前，应进行相应的退火处理，消除组织不均匀性和织构；拉制生产时，保持匀速拉伸，使之变形均匀，并进行组织均匀化处理，避免冷拉过程中出现不同区域组织结构差异性较大的现象，防止铜管以基体薄弱部分为突破口逐渐腐蚀失效，大大缩短了使用寿命。

[1]GB/T5231-2001，加工铜及铜合金化学成分和产品形状[S].

[2]邹龙江，王国阳，高路斯.铜管弯头开裂的失效分析[J].电子显微学报，2006，25（增刊）：190-191.

[3]伍超群，刘英坤，孙红英等.冷凝器铜管泄漏失效分析[J].金属热处理，2015，40（增刊）：303-305.

[4]王长罡，邓为民，赵广宇等.换热器T2紫铜管在潮湿状态下的腐蚀机理研究[J].金属学报，2012，48（7）：815-821.

[5]邓为民，朱明军，赵广宇.T2紫铜换热管在特殊环境下的快速腐蚀机理分析[J].机电设备，2012（3）：68-71.

[6]杨德钧，沈卓身.金属腐蚀学[M].北京：冶金工业出版社，1999.

[7]唐晓娥.燃气热水器交换器铜管腐蚀穿孔失效分析[J].广东化工，2015，42（13）：225-226.